《Gels》：Use of a Degradable Piezoelectric Hydrogel to Enhance Bone Formation in a Canine Model of Ligature-Induced Periodontal Disease—A Proof of Principle Study
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牙周病是一种多因素疾病，可能导致组织破坏和牙齿脱落。多根牙由于根分叉空间的存在而面临高风险，需要新的再生疗法来支持完全修复。本研究评估了一种可注射压电水凝胶（Ambrilux Dental Gel）在结扎诱导牙周病犬模型中的安全性和初步疗效。动物被随机分为治疗
牙周病是一种多因素疾病，可能导致组织破坏和牙齿脱落。多根牙由于根分叉空间的存在而面临高风险，需要新的再生疗法来支持完全修复。本研究评估了一种可注射压电水凝胶（Ambrilux Dental Gel）在结扎诱导牙周病犬模型中的安全性和初步疗效。动物被随机分为治疗组（n=3，两次给药间隔28天）或对照组（n=3）。整个研究期间实验室结果均正常。放射影像显示，所有治疗组动物在首次治疗后28天根分叉骨密度增加，并在第二次治疗后持续改善。对照组动物则表现为持续的骨丧失或极少的再生。定量CT显示，与对照组相比，治疗组动物的根分叉骨矿物质密度高出37%，骨体积高出18%，骨体积与组织体积比高出21%。作为一项样本量有限的原理验证评估，这些发现首次提供了直接证据，表明可降解压电水凝胶对大型动物牙周病治疗有效，可为未来更大规模的研究提供依据。Ambrilux促进牙根分叉区骨生长的能力表明其可能是一种安全且新颖的牙周病治疗方法。
论文解读文章
研究背景与目的
牙周病是一种慢性、多因素疾病，在美国影响五分之二的成年人，且患病率随年龄增长而升高。其特征是受累牙齿细菌定植增加，随后引发周围组织的显著炎症反应。若未治疗或治疗失败，牙周病会导致牙齿周围骨组织和韧带破坏，最终导致牙齿脱落。即使经过治疗，超过一半的患者在十年内仍会失去至少一颗磨牙。多根牙如磨牙因存在根分叉空间而解剖结构复杂，难以清洁，更易发生菌斑沉积和骨丧失。根分叉病变的程度与牙齿长期预后密切相关，其中II类和III类根分叉缺损因其复杂的多壁微观解剖结构，成为最具挑战性的临床难题之一。现有疗法包括开放式翻瓣清创术、引导性组织再生和骨移植，常导致不完全再生和不可预测的临床结局。主要限制包括缺损可及性差、血管化不足、感染相关失败以及长期稳定性问题。因此，美国牙周病学会再生研讨会呼吁探索新型再生疗法，以改善根分叉缺损的完全修复。
为克服传统支架在适应口腔复杂缺损方面的局限性，多功能生物材料已成为现代再生牙科的核心。可注射水凝胶的发展实现了微创递送并能适应不规则解剖空间。新一代水凝胶不仅作为填充物，还提供模拟天然细胞外基质的三维结构支持，并可调控释放生物活性信号。本研究利用压电效应诱导组织再生，开发了一种名为Ambrilux Dental Gel的可降解压电水凝胶。骨、软骨和胶原纤维是天然压电材料，能在机械力作用下产生电荷，这种特性被认为在介导组织自然重塑和损伤修复中发挥重要作用。Ambrilux通过嵌入的压电陶瓷填料响应咀嚼等自然生物力学振动，产生电刺激促进成骨细胞分化和骨组织再生，同时水凝胶组分提供物理支架支持细胞募集和生长。
研究方法
研究人员采用结扎诱导牙周病的比格犬模型，将6只非妊娠雌性比格犬随机分为治疗组（n=3）和对照组（n=3）。研究涉及以下关键技术方法：
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牙周病诱导与处理：在牙齿407、408和409上放置结扎线55天诱导牙周病，之后治疗组接受刮治、根面平整及Ambrilux水凝胶应用，对照组仅接受刮治和根面平整。
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Ambrilux水凝胶制备与应用：将200 mg/mL明胶甲基丙烯酰水凝胶与9 mg/mL硅烷化四方相钛酸钡纳米颗粒混合，加入光引发剂，通过LED光固化约60秒形成原位移植物。治疗组在Day 1和Day 29各接受一次给药。
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安全性评估：通过全面生化、血液学和尿检监测动物健康，并进行每日一般健康观察。
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影像学评估：在Day 1、29和57进行口内数字放射影像定性分析，并在处死后对下颌标本进行高分辨率micro-CT成像，对根分叉区域进行定量骨参数分析。
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组织学分析：对脱钙切片进行苏木精-伊红染色，定性评估近中区域和根分叉的组织病理学变化。
研究结果
安全性数据
所有动物的健康观察、体格检查和最终尸检结果均在正常范围内，无不良事件报告。全面的生化、血液学和尿检结果在整个研究期间均正常，表明受试动物保持良好健康状态，研究治疗未引起任何不良参数变化。
临床评估
对菌斑指数、牙龈指数、牙周探诊深度、临床附着水平和探诊出血数据的回顾未显示两组间有明显趋势，这可能与样本量小、测量固有变异性和疾病中度严重程度有关。
放射影像分析
放射影像分析显示，在牙周病诱导阶段结束时，所有动物的多个磨牙均表现出中度邻面骨丧失和根分叉缺损。所有治疗组动物随时间推移显示出根分叉和邻面骨放射密度的增加，根分叉穹窿与缺损底部的距离相应减小。首次应用后30天内即可观察到明显的骨生长反应，第二次应用后继续观察到骨生长。对照动物则表现为持续性骨丧失或仅有极少的骨再生。
定性组织学分析
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近中区域：对照组动物表现为牙龈上皮增厚伴中度炎症，结缔组织中胶原纤维排列紊乱、血管密度高，牙槽骨中可见大量破骨细胞。治疗组动物则表现出更好的胶原基质组织性，血管数量减少，低度炎症局限于结合上皮，牙槽骨中破骨细胞极少。
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牙根分叉：对照组动物牙周膜结构丧失，表现为松散无序的胶原纤维和成纤维细胞，细胞外间隙增大，内部区域出现大量大小不一的血管伴微出血，根分叉骨中可见多核破骨细胞和骨吸收增加。治疗组动物则表现出高度有序的牙周膜，由致密的纤维结缔组织和成纤维细胞组成，中等大小的血管存在于基质中，牙周膜纤维束直接延伸至牙槽骨，根分叉区域可见新形成的牙槽骨衬有成骨细胞，伴有成熟板层骨，炎性细胞浸润极少。
micro-CT分析
三维重建图像显示，治疗组动物骨表面光滑均匀，根分叉内骨密度更高、骨壁更厚。对照组则呈现不均匀的骨表面形貌，根分叉和邻面区域骨密度降低、牙槽间隙增宽。定量CT分析显示，治疗组根分叉骨矿物质密度比对照组高37%，骨体积高18%，骨体积与组织体积比高21%。小梁参数方面，治疗组小梁数量明显增加，小梁分离度相应降低，而小梁厚度在两组间相似。
讨论与结论
讨论总结
本原理验证研究提供了初步证据，表明基于压电的水凝胶Ambrilux在结扎诱导牙周病犬模型中安全且能正向调节牙周伤口愈合、促进骨再生。定量CT显示治疗组根分叉骨体积、骨密度和骨体积比分别高出37%、18%和21%。时间序列放射影像证实所有治疗动物根分叉区放射密度持续增加，而对照组病情稳定或恶化。组织学结果支持治疗组炎症程度较低、牙周膜组织得到调节。然而，由于样本量小和疾病中度严重程度，无法排除自发愈合的可能性，临床参数也未显示显著差异。
Ambrilux促进骨再生的关键在于其能够充分进入牙周袋和根分叉等难以到达的小解剖区域。其低粘度和粘弹性使其能像弹性固体一样伸展并恢复形状，同时兼具液体特性，确保钛酸钡纳米颗粒在流体基质中均匀分散。压电机制涉及机械力转化为生物电信号，通过激活Piezo1钙离子通道触发钙内流，上调RUNX2、COL1A1和ALP等成骨转录因子和基质相关基因，驱动干细胞向成骨表型分化。尽管本研究未包含体外或分子分析以确证Piezo1激活的具体作用，但既往体外和小鼠研究已证实机械刺激可上调这些成骨基因的表达。
研究结论翻译
犬结扎模型被广泛认为是牙周病体内建模的“金标准”，因为犬与人类在牙齿形态、釉质-牙骨质界和多根后牙方面具有相似性，疾病病理生理学也均由细菌生物膜形成和免疫炎症反应放大驱动。虽然本探索性研究未达到统计分析所需的效能，限制了绝对结论的得出，但它为根分叉这一具有挑战性的环境中的骨再生提供了有价值的半定量概述，建立了基础效应量以指导未来充分把握度的确证性研究。应重申这是一项原理验证研究，初始结果虽令人鼓舞，但必须谨慎解读并视为初步数据。小样本量明显限制了有意义的统计分析，且犬的成骨反应强于人类，可能导致疗效高估。未来计划开展大规模随机对照试验以解决这些问题。Ambrilux将可注射GelMA支架与压电材料BTO相结合，提供可降解支架和非药物机制促进骨生长，且递送方式为非手术、快速给药。尽管样本量有限，但在治疗根分叉区域观察到的强劲骨生长标志着治疗这些复杂解剖缺损的进步，为压电水凝胶的安全性和总体疗效提供了关键的基线见解，该技术有望成为逆转牙周病骨丢失的新型再生疗法。
